iodometric-titration

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オゾンを含む標準状態の空気200\,L\,を過剰のヨウ化カリウム水溶液に通じたところ,\ \\[.2zh] \hspace{.5zw}オゾンが分解してヨウ素が生成した.\ 次に,\ この溶液に指示薬としてデンプンを加え,\ \\[.2zh] \hspace{.5zw}0.020\,mol/L\,のチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定したところ,\ 3.0\,mL\,加えたときに溶液 \\[.2zh] \hspace{.5zw}の色が消えた.\ 空気中に含まれるオゾンの体積パーセント濃度を求めよ. \\ オゾンの物質量はオゾンの体積は  計算自体は単なる比の計算なので容易だが,\ 原理を理解しておくことが重要である. \\[.2zh] 本実験の目的は,\ \bm{2回の酸化還元反応の量的関係からオゾン(酸化剤)を定量}することである. \\[1zh] 1回目の酸化還元反応の半反応式とイオン反応式は次のようになる(オゾン→ヨウ素) 酸化剤 \ce{O3 + 2H+ + 2e- O2 + H2O} \\[.2zh] 還元剤 \ce{2}\text{I}^- \text{I}_{\ce{2}} + \ce{2e-} \end{cases}   \ce{O3 + 2H+ + 2}\text{I}^- \ce{O2 + H2O} + \text{I}_{\ce{2}} 着目すべきは,\ \bm{1\,\text{\textbf{mol}}\,のオゾン\ce{O3}\,が1\,\text{\textbf{mol}}\,のヨウ素\text{I}_{\ce{2}}\,に変わる}点である(1:1). \\[.2zh] これは,\ \bm{ヨウ素の物質量の決定が実質的にオゾンの物質量の決定である}ことを意味している. \\[1zh] 2回目の酸化還元反応の半反応式とイオン反応式は次のようになる(ヨウ素の定量). 酸化剤 \text{I}_{\ce{2}} + \ce{2e- 2}\text{I}^- \\[.2zh] 還元剤 \ce{2S2O3^2- S4O6^2- + 2e-} \text{I}_{\ce{2}} + \ce{2S2O3^2- 2}\text{I}^- + \ce{S4O6^2-} イオン反応式から,\ \bm{1\,\text{\textbf{mol}}\,のヨウ素\text{\textbf{I}}_2\,と2\,\text{\textbf{mol}}\,のチオ硫酸ナトリウムが反応する}ことがわかる. \\[1zh] 以上を総合すると\ \bm{\ce{O3}:\ce{Na2S2O3}=1\,\text{\textbf{mol}}:2\,\text{\textbf{mol}}}\ であり,\ 結局はこの比を考慮するだけである. \\[.2zh] この比を元にオゾンの物質量を求め,\ さらに体積と体積パーセント濃度を求めればよい. \\[1zh] 酸化還元滴定は中和滴定のような指示薬が少なく,\ 酸化剤や還元剤の色の変化に頼らざるを得ない. \\[.2zh] そこで,\ オゾン(酸化剤)をチオ硫酸ナトリウム(還元剤)で直接滴定せずに一旦ヨウ素を経由する. \\[.2zh] \bm{ヨウ素デンプン反応による色の変化は非常に鋭敏であり,\ 終点を明確に判断できる.} \\[.2zh] ヨウ素\text{I}_{\ce{2}}\,が残っているうちは青紫色,\ \text{I}_{\ce{2}}\,がすべて\text{I}^-\,に還元されると色が消える. \\[.2zh] \bm{還元剤のヨウ化物イオン\text{\textbf{I}}^-\,を用いて酸化剤を間接的に定量}するのがこの\bm{ヨウ素還元滴定}である. \\[.2zh] ちなみに,\ 資源が少ない日本だがヨウ素は豊富であり,\ チリに次いで世界第2位の埋蔵量とされる.